JP6246034B2 - Method and apparatus for producing gallate oxide crystals - Google Patents

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Description

本発明はガレート酸化物結晶の製造方法に関し、詳しくは結晶の欠陥が少なく、また、高温環境下での抵抗率の低下が少ない高品質の単結晶を作製することができる製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a method for producing a gallate oxide crystal, and more particularly, to a production method and a production apparatus capable of producing a high-quality single crystal with few crystal defects and little decrease in resistivity under a high temperature environment. .

従来から、半導体装置のチャンバー内や電気炉内などの高温環境下における閉空間での温度を測定し、制御装置にフィードバックする目的として無線通信可能な温度センサが開発、使用されており、特に近年では400℃を超えるような高温環境下の温度を正確に測定するワイヤレス温度センサが求められている。   Conventionally, a temperature sensor capable of wireless communication has been developed and used for the purpose of measuring the temperature in a closed space in a high temperature environment such as a semiconductor device chamber or an electric furnace and feeding it back to a control device. Therefore, a wireless temperature sensor that accurately measures a temperature in a high temperature environment exceeding 400 ° C. is required.

また、燃料消費の改善などを目的として、圧電素子を圧力検出部に使用した圧力検出装置を内燃機関に装着し、燃焼室内部の燃焼圧を高精度に検出可能な燃焼圧センサが提案されている。   For the purpose of improving fuel consumption and the like, a combustion pressure sensor has been proposed in which a pressure detection device using a piezoelectric element as a pressure detection unit is attached to an internal combustion engine and the combustion pressure in the combustion chamber can be detected with high accuracy. Yes.

このように、400℃を越えるような高温炉や燃焼室内での使用環境で使用可能な温度センサや圧力センサとして、例えばランガサイトやランガテイトのようなガレート酸化物結晶の圧電材料を用いる提案がされている。しかしながら、一般的にガレート酸化物結晶の製造においては、結晶の欠陥が発生しやすく、また、高温環境下で抵抗率が著しく低下することなどの問題点を有している。   As described above, as a temperature sensor or pressure sensor usable in a high temperature furnace exceeding 400 ° C. or in a use environment in a combustion chamber, for example, a gallate oxide crystal piezoelectric material such as langasite or langate is proposed. ing. However, in general, in the production of gallate oxide crystals, there are problems such that crystal defects are likely to occur and the resistivity is remarkably lowered in a high temperature environment.

ガレート酸化物結晶のこれらの問題点を解決するために、例えば特許文献1に示す提案では、ガレート酸化物結晶の引き出し中は、チャンバー内を、不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気にしてルツボ内の材料融液からのGa(ガリウム)ガスの蒸発を防止しながら単結晶を育成させ、ガレート酸化物結晶の引き出し後は、チャンバー内の酸素のモル分率を低下させて不活性ガスの雰囲気中で保存することにより、抵抗率の温度依存性が小さなガレート酸化物結晶が得られるとしている。   In order to solve these problems of the gallate oxide crystal, for example, in the proposal shown in Patent Document 1, the inside of the chamber is made an atmosphere of a mixed gas of an inert gas and oxygen during the extraction of the gallate oxide crystal. A single crystal is grown while preventing evaporation of Ga (gallium) gas from the material melt in the crucible, and after drawing out the gallate oxide crystal, the mole fraction of oxygen in the chamber is lowered to reduce the inert gas. It is said that a gallate oxide crystal having a small temperature dependency of resistivity can be obtained by storing in an atmosphere.

また、特許文献2に示すガレート酸化物結晶の製造方法は、ルツボの蓋部に設けられた孔部を単結晶が成長するに伴って通過するときに、略密閉空間となるルツボ内の酸素不足を補うために、専用の供給孔から不活性ガスと酸素との混合ガスを供給する方法を採用している。これにより、ルツボ内部とチャンバー内部を同じガスの雰囲気を維持した状態で単結晶を育成し冷却することが可能になり、イリジウム製のルツボ由来のイリジウム介在物などの不純物を含まない結晶が得られるとしている。   In addition, the method for producing a gallate oxide crystal disclosed in Patent Document 2 has a shortage of oxygen in the crucible that becomes a substantially sealed space when passing through a hole provided in the lid of the crucible as the single crystal grows. In order to compensate for this, a method of supplying a mixed gas of an inert gas and oxygen from a dedicated supply hole is employed. This makes it possible to grow and cool a single crystal while maintaining the same gas atmosphere inside the crucible and inside the chamber, and a crystal free of impurities such as iridium inclusions derived from an iridium crucible is obtained. It is said.

また、特許文献3に示すガレート酸化物結晶の製造方法は、チャンバーを引上げ室と結晶室の2つに分割し、仕切り弁を介して2つの室を連結する構造を作り、ガレート酸化物結晶の育成工程と冷却(または熱処理)工程を分離する方法を採用している。これにより、結晶欠陥の少ない単結晶が得られるとしている。   Further, in the method for producing a gallate oxide crystal shown in Patent Document 3, a chamber is divided into a pulling chamber and a crystal chamber, and a structure is formed in which the two chambers are connected via a gate valve. A method of separating the growing process and the cooling (or heat treatment) process is adopted. Thereby, a single crystal with few crystal defects is obtained.

特許第5174456号公報(第2頁)Japanese Patent No. 5174456 (2nd page) 特開昭55−136200号公報(第3−4頁、図1)JP-A-55-136200 (page 3-4, FIG. 1) 特開平04−108682号公報(第4頁、図1)Japanese Unexamined Patent Publication No. 04-108682 (page 4, FIG. 1)

前記特許文献1に記載されているように、ガレート酸化物結晶の製造においては、単結晶の材料溶融液の液面近傍は不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気に曝すことによりGa(ガリウム)の蒸発を防止できる。
また、引き上げた単結晶は、無酸素の不活性ガスの雰囲気下で冷却することにより結晶欠陥を抑制し、抵抗率の温度依存性の小さい単結晶を得られるが、単結晶を、不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気から無酸素により近いガス雰囲気へできるだけ早く移行させることが極めて重要である。
As described in Patent Document 1, in the manufacture of gallate oxide crystals, the vicinity of the liquid surface of a single crystal material melt is exposed to an atmosphere of a mixed gas of an inert gas and oxygen to form Ga (gallium). ) Can be prevented from evaporating.
In addition, the pulled single crystal is cooled in an oxygen-free inert gas atmosphere to suppress crystal defects, and a single crystal having a low resistivity temperature dependency can be obtained. It is extremely important to make the transition from a mixed gas atmosphere of oxygen and oxygen to a gas atmosphere closer to oxygen-free as soon as possible.

しかしながら、特許文献1に示す従来例では、ガレート酸化物結晶の育成条件について、チャンバー内で不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気で単結晶を育成し、製造工程の終了後に単結晶全体を冷却する工程において、酸素が少ない不活性ガスの雰囲気で単結晶を保持すると抵抗率の温度依存性が小さなガレート酸化物結晶が得られると記載されているが、これらの雰囲気条件を具現化するための具体的な製造方法及び製造装置については触れられていない。さらには、上述したように、結晶の育成終了後に、無酸素の不活性ガスの雰囲気に置換するため、育成中は順次引き上げられた結晶は、不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気下に曝され続ける。これについての考慮は成されておらず、この期間は結晶欠陥を抑制する効果は得られない。   However, in the conventional example shown in Patent Document 1, a single crystal is grown in an atmosphere of a mixed gas of an inert gas and oxygen in a chamber as a gallate oxide crystal growth condition. In the cooling process, it is described that if a single crystal is held in an inert gas atmosphere with little oxygen, a gallate oxide crystal having a low temperature dependency of resistivity can be obtained. In order to realize these atmospheric conditions, The specific manufacturing method and manufacturing apparatus are not mentioned. Furthermore, as described above, after the growth of the crystal is completed, the atmosphere is replaced with an oxygen-free inert gas atmosphere. Therefore, the crystals that are sequentially pulled up during the growth are placed in an atmosphere of a mixed gas of an inert gas and oxygen. Continue to be exposed. This is not considered, and the effect of suppressing crystal defects cannot be obtained during this period.

また、特許文献2に示す従来例では、ルツボ内を含むチャンバー内を所定のガス雰囲気とし、ルツボ内における酸素不足を補うために不活性ガスと酸素との混合ガスをルツボ内に供給する管を設けて単結晶を育成する製造方法が示されているものの、引き上げられた単結晶は、ルツボ内と同様の不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気であるチャンバー内にて保持冷却されるので、無酸素により近いガス雰囲気への移行を具現化するための方法については記載がない。   Moreover, in the conventional example shown in Patent Document 2, the inside of the chamber including the inside of the crucible is set to a predetermined gas atmosphere, and a tube for supplying a mixed gas of an inert gas and oxygen into the crucible in order to compensate for the oxygen shortage in the crucible. Although a manufacturing method for providing and growing a single crystal is shown, the pulled single crystal is maintained and cooled in a chamber that is an atmosphere of a mixed gas of inert gas and oxygen similar to that in the crucible. There is no description of a method for realizing the transition to a gas atmosphere closer to oxygen-free.

また、特許文献3に示す従来例では、チャンバーを引上げ室と結晶室の2つに分割することにより、ガレート酸化物結晶の育成工程と、冷却(または熱処理)工程を分離する製造方法が示されているものの、やはり無酸素により近いガス雰囲気への移行を具現化するための方法については記載がない。   Further, in the conventional example shown in Patent Document 3, a manufacturing method is shown in which a chamber is divided into a pulling chamber and a crystal chamber, thereby separating a gallate oxide crystal growth step and a cooling (or heat treatment) step. However, there is no description about a method for realizing the transition to a gas atmosphere closer to oxygen-free.

(発明の目的)
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、チャンバー内で、単結晶の引き出し中において、結晶材料の溶融液から単結晶が成長する領域は不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気中で材料の溶融液から単結晶を育成し、育成された結晶は、順次、無酸素の不活性ガスを主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行させて保持するというガレート酸化物結晶の製造方法を具現化しようとするものであり、複雑な装置や操作を必要としないでチャンバー内に単結晶の育成条件を満足する雰囲気条件を形成し、これを安定的に維持することにより、結晶の欠陥を抑制し高温環境下でも抵抗率の低下が少ない高品質のガレート酸化物結晶の製造が可能な製造方法及び製造装置を提供することである。
(Object of invention)
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and a region in which a single crystal grows from a melt of a crystal material is drawn between an inert gas and oxygen in the chamber while the single crystal is drawn. A gallate in which a single crystal is grown from a melt of a material in a mixed gas atmosphere, and the grown crystal is sequentially transferred and held in a gas atmosphere containing less oxygen and containing an oxygen-free inert gas as a main component. An oxide crystal manufacturing method is to be realized, and an atmospheric condition that satisfies the growth conditions of a single crystal is formed in a chamber without the need for complicated equipment and operation, and this is stably maintained. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of manufacturing a high-quality gallate oxide crystal that suppresses crystal defects and has little decrease in resistivity even under a high temperature environment.

本発明におけるガレート酸化物結晶の製造方法は下記の通りである。
チャンバー内にガレート酸化物結晶の材料が充填されたルツボを配置し、ルツボを加熱して材料を溶融した溶融液からの引き出しによって、ガレート酸化物結晶を育成するガレート酸化物結晶の製造方法において、溶融液の近傍に、不活性ガスと酸素との混合ガスを供給し、溶融液に対して、混合ガスの供給位置より離れた位置から、無酸素の不活性ガスを供給し、引き出しを行うことを特徴とする。
The manufacturing method of the gallate oxide crystal in the present invention is as follows.
In the method for producing a gallate oxide crystal, a crucible filled with a gallate oxide crystal material is placed in a chamber, and the gallate oxide crystal is grown by drawing from a melt obtained by heating the crucible and melting the material. Supply a mixed gas of an inert gas and oxygen in the vicinity of the melt, supply an oxygen-free inert gas from a position away from the supply position of the mixed gas to the melt, and perform drawing. It is characterized by.

これにより、単結晶の引き出しにおいて、結晶材料の溶融液から単結晶が成長する領域は不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気中で材料の溶融液から単結晶を育成し、育成された結晶は順次、無酸素の不活性ガスを主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行させて保持することができるので、結晶の欠陥を抑制し高温環境下でも抵抗率の低下が少ない高品質のガレート酸化物結晶の製造方法を可能にできる。   Thus, in the extraction of the single crystal, the region where the single crystal grows from the melt of the crystal material grows the single crystal from the melt of the material in an atmosphere of a mixed gas of inert gas and oxygen, and the grown crystal Can be transferred to a gas atmosphere containing less oxygen and containing an oxygen-free inert gas as a main component, which suppresses crystal defects and reduces resistivity even in high-temperature environments. The manufacturing method of a gallate oxide crystal can be enabled.

また、無酸素の不活性ガスの供給圧力は、混合ガスの供給圧力よりも高いことを特徴とする。   Further, the supply pressure of the oxygen-free inert gas is higher than the supply pressure of the mixed gas.

これにより、無酸素の不活性ガスは、溶融液に対して、混合ガスの供給位置より離れた位置から供給され、しかも圧力が高く設定されているので、無酸素の不活性ガスの流れを単結晶の上部から溶融液側に向けて維持できるとともに、不活性ガスと酸素との混合ガスの流れを溶融液側に導くことができる。   As a result, the oxygen-free inert gas is supplied to the melt from a position away from the supply position of the mixed gas, and the pressure is set high. While maintaining from the upper part of the crystal toward the melt side, the flow of the mixed gas of the inert gas and oxygen can be guided to the melt side.

また、ルツボが配置されている位置に対して、無酸素の不活性ガスを供給する供給位置とは反対となる側から、チャンバー内のガスを排気することを特徴とする。   Further, the gas in the chamber is exhausted from the side opposite to the supply position for supplying the oxygen-free inert gas with respect to the position where the crucible is arranged.

これにより、無酸素の不活性ガスの供給から排気までの滑らかな流れを形成し、単結晶側から溶融液側に流れるように維持できるとともに、不活性ガスと酸素との混合ガスの流れも溶融液側に導き、また排気することができる。   As a result, a smooth flow from the supply of oxygen-free inert gas to exhaust can be formed and maintained so that it flows from the single crystal side to the melt side, and the flow of the mixed gas of inert gas and oxygen also melts. It can be led to the liquid side and exhausted.

また、本発明におけるガレート酸化物結晶の製造装置は下記の通りである。
ガレート酸化物結晶の材料が溶融した溶融液からの引き出しにより、ガレート酸化物結晶を製造する結晶製造装置において、チャンバー内に、溶融液が配置された近傍に不活性ガスと酸素との混合ガスを供給する第一のガス供給口と、溶融液が配置された位置に対して、第一のガス供給口より離れた位置に、無酸素の不活性ガスを供給する第二のガス供給口と、を備えることを特徴とする。
The apparatus for producing gallate oxide crystals in the present invention is as follows.
In a crystal manufacturing apparatus that manufactures a gallate oxide crystal by drawing it from a melt in which the material of the gallate oxide crystal is melted, a mixed gas of an inert gas and oxygen is placed in the vicinity of the melt in the chamber. A first gas supply port for supplying, a second gas supply port for supplying an oxygen-free inert gas to a position away from the first gas supply port with respect to the position where the melt is disposed, It is characterized by providing.

これにより、単結晶の引き出しにおいて、結晶材料の溶融液から単結晶が成長する領域は不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気中で材料の融液から単結晶を育成し、育成された結晶は順次、無酸素の不活性ガスを主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行させて保持することができるので、結晶の欠陥を抑制し高温環境下でも抵抗率の低下が少ない高品質のガレート酸化物結晶の製造が可能な製造装置を提供できる。   As a result, in the extraction of the single crystal, the region where the single crystal grows from the melt of the crystal material grows the single crystal from the melt of the material in an atmosphere of a mixed gas of inert gas and oxygen, and the grown crystal Can be transferred to a gas atmosphere containing less oxygen and containing an oxygen-free inert gas as a main component, which suppresses crystal defects and reduces resistivity even in high-temperature environments. A production apparatus capable of producing a gallate oxide crystal can be provided.

また、溶融液が配置された位置に対して、第二のガス供給口とは反対となる側に、チャンバー内から排気する排気口を備えることを特徴とする。これにより、簡単な構造で二つのガスの流れを安定的に維持できる。   In addition, an exhaust port for exhausting air from the chamber is provided on the side opposite to the second gas supply port with respect to the position where the melt is disposed. As a result, the flow of the two gases can be stably maintained with a simple structure.

また、チャンバーは、溶融液を配置する結晶育成室と、結晶保持室とに空間を分断するとともに、結晶育成室と結晶保持室との間には、結晶育成室から引き出した結晶が、結晶保持室に通過可能な開口が設けられている仕切り部材を有し、第一のガス供給口は、結晶育成室に設けられ、第二のガス供給口は、結晶保持室に設けられていることを特徴とする。   The chamber divides the space between the crystal growth chamber in which the melt is placed and the crystal holding chamber, and between the crystal growing chamber and the crystal holding chamber, the crystal drawn from the crystal growing chamber holds the crystal. A partition member provided with an opening that can pass through the chamber, wherein the first gas supply port is provided in the crystal growth chamber and the second gas supply port is provided in the crystal holding chamber. Features.

これにより、仕切り部材は、チャンバーを結晶育成室と結晶保持室とに分断し、第一のガス供給口から供給される混合ガスと、第二のガス供給口から供給される無酸素の不活性ガスとの分離性を向上することができるので、それぞれのガスの流動過程における組成変化を抑制することができる。   As a result, the partition member divides the chamber into a crystal growth chamber and a crystal holding chamber, and a mixed gas supplied from the first gas supply port and an oxygen-free inert gas supplied from the second gas supply port. Since the separability with gas can be improved, the composition change in the flow process of each gas can be suppressed.

また、結晶育成室のチャンバー内壁に、第一のガス供給口が設けられていることを特徴
とする。これにより、仕切り部材によって形成された結晶育成室側の内壁の適切な位置に第一のガス供給口を設けることができる。
Further, the first gas supply port is provided on the inner wall of the crystal growth chamber. Thereby, a 1st gas supply port can be provided in the appropriate position of the inner wall by the side of the crystal growth chamber formed of the partition member.

結晶育成室は、引き出した結晶が通過可能な開口が設けられたガイド部材を有し、仕切り部材とガイド部材とで囲まれた空間のチャンバー内壁に第一のガス供給口が設けられ、溶融液に混合ガスを導くガス供給路を有することを特徴とする。これにより、不活性ガスと酸素との混合ガスと、排気との分離性を向上することができるので、それぞれのガスの流動過程における組成変化を抑制することができる。   The crystal growth chamber has a guide member provided with an opening through which the drawn crystal can pass, and a first gas supply port is provided on the inner wall of the chamber surrounded by the partition member and the guide member, And a gas supply path for introducing the mixed gas. Thereby, since the separability between the mixed gas of the inert gas and oxygen and the exhaust gas can be improved, the composition change in the flow process of each gas can be suppressed.

上記のとおり、本発明によれば、溶融液の近傍に不活性ガスと酸素との混合ガスを供給し、溶融液に対して混合ガスの供給位置より離れた位置から無酸素の不活性ガスを供給して結晶の引き出しを行うことにより、結晶材料の溶融液から単結晶が成長する領域は不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気中で材料の融液から単結晶を育成し、育成された結晶は順次、無酸素の不活性ガスを主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行させて保持することができる。
この結果、簡単な構造で、結晶の欠陥を抑制し高温環境下でも抵抗率の低下が少ない高品質のガレート酸化物結晶の製造方法及び製造装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, a mixed gas of an inert gas and oxygen is supplied in the vicinity of the melt, and the oxygen-free inert gas is supplied to the melt from a position away from the supply position of the mixed gas. By supplying and pulling out the crystal, the region where the single crystal grows from the melt of the crystal material is grown and grown from the melt of the material in an atmosphere of a mixed gas of inert gas and oxygen. The crystals can be sequentially transferred and held in a gas atmosphere containing less oxygen and containing an oxygen-free inert gas as a main component.
As a result, it is possible to provide a method and an apparatus for producing a high-quality gallate oxide crystal with a simple structure, which suppresses crystal defects and causes little decrease in resistivity even under a high temperature environment.

実施例1を説明するガレート酸化物結晶の製造装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for producing a gallate oxide crystal for explaining Example 1. FIG. 図1の製造装置による酸化物結晶の育成工程及び動作を説明する工程図である。It is process drawing explaining the growth process and operation | movement of an oxide crystal by the manufacturing apparatus of FIG. 実施例2による製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the manufacturing apparatus by Example 2. FIG. 実施例2の変形例による製造装置の概略構成図である。6 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus according to a modified example of Embodiment 2. FIG.

以下、図面に基づいて本発明を詳述する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の思想を具体化するためのガレート酸化物結晶の製造が可能な製造方法及び製造装置を例示するものであって、本発明は以下に説明する方法及び構成に特定するものではない。特に実施の形態に記載されている構成部材の材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく説明例に過ぎない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は説明をわかりやすくするために誇張していることがある。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of manufacturing a gallate oxide crystal for embodying the idea of the present invention, and the present invention is a method described below. And it is not specific to the configuration. In particular, the materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members described in the embodiments are merely illustrative examples, and are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified. In addition, the size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated for easy understanding.

本発明のガレート酸化物結晶の製造方法及び製造装置は、チャンバー内での単結晶の引き出しにおいて、結晶材料の溶融液から単結晶が成長する領域は不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気中で単結晶を育成し、育成された結晶は順次、無酸素の不活性ガスを主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行させて保持することにより、結晶の欠陥を抑制し高温環境下でも抵抗率の低下が少ない高品質のガレート酸化物結晶の製造を可能にするものである。   In the method and apparatus for producing a gallate oxide crystal of the present invention, in the extraction of a single crystal in a chamber, the region where the single crystal grows from the melt of the crystal material is in an atmosphere of a mixed gas of an inert gas and oxygen. A single crystal is grown in this order, and the grown crystal is successively transferred to an oxygen-free gas atmosphere containing an oxygen-free inert gas as a main component to suppress crystal defects, even in a high-temperature environment. This makes it possible to produce high-quality gallate oxide crystals with little decrease in resistivity.

このような、結晶の育成条件を実現するために、チャンバー内に、溶融液が配置された近傍に不活性ガスと酸素との混合ガスを供給する第一のガス供給口と、溶融液が配置された位置に対して、結晶の引き出し方向に向かって第一のガス供給口より離れた位置に、無酸素の不活性ガスを供給する第二のガス供給口とを設け、また、混合ガスの供給圧力よりも無酸素の不活性ガスの供給圧力を高くしている。
また、チャンバー内を、溶融液を配置する結晶育成室と結晶保持室とに空間を分断する仕切り部材を設け、第一のガス供給口は結晶育成室側に、第二のガス供給口は結晶保持室側に配置することにより、さらに結晶の育成及び保持環境のそれぞれのガス雰囲気を好適
にし、ひいては育成後の結晶品質を向上させることができる。
In order to realize such a crystal growth condition, a first gas supply port for supplying a mixed gas of an inert gas and oxygen in the vicinity of the melt is disposed in the chamber, and the melt is disposed. And a second gas supply port for supplying an oxygen-free inert gas at a position away from the first gas supply port in the crystal drawing direction with respect to the formed position. The supply pressure of the oxygen-free inert gas is set higher than the supply pressure.
In addition, a partition member is provided in the chamber to divide the space into a crystal growth chamber and a crystal holding chamber in which the melt is disposed, the first gas supply port is on the crystal growth chamber side, and the second gas supply port is on the crystal By disposing on the holding chamber side, it is possible to further optimize the respective gas atmospheres of the crystal growth and holding environment, thereby improving the crystal quality after the growth.

まず、図1〜図2を用いて実施例1を説明し、次に、図3〜図4を用いて実施例2を説明する。実施例1では製造装置の構成例と、その装置を用いたガレート酸化物結晶の育成工程及び動作を説明する。
また、実施例2では結晶の育成及び保持環境のそれぞれのガス雰囲気をさらに好適にするために、チャンバー内を結晶育成室と結晶保持室に分断する仕切り部材を設けた構成例と、この構成例にさらにガイド部材を設けた構成を実施例2の変形例として、それぞれ説明する。
First, Example 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 2, and then Example 2 will be described with reference to FIGS. 3 to 4. In Example 1, a configuration example of a manufacturing apparatus and a gallate oxide crystal growth process and operation using the apparatus will be described.
Further, in Example 2, in order to further improve the respective gas atmospheres of the crystal growth and holding environment, a configuration example provided with a partition member that divides the chamber into a crystal growth chamber and a crystal holding chamber, and this configuration example Further, a configuration in which a guide member is further provided will be described as a modification of the second embodiment.

[実施例1の説明:図1〜図2]
図1は、実施例1のガレート酸化物結晶の製造装置100の中心軸CL方向の断面図であり、図2は、図1に示す製造装置100において単結晶の製造工程を4段階に分けて、それぞれの工程における動作を示した中心軸CL方向の断面図である。
[Description of Example 1: FIGS. 1-2]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the gallate oxide crystal manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment in the direction of the central axis CL. FIG. 2 shows a single crystal manufacturing process divided into four stages in the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view in the direction of the central axis CL showing the operation in each step.

[実施例1の構成の説明:図1]
まず、図1は、公知のチョクラルスキー法にもとづく酸化物結晶の製造装置100を示し、その構成要素であるチャンバー40(容器部)の断面図を示している。なお、ここでは、酸化物結晶の製造装置100の他の構成要素である結晶引き出しの制御装置、ルツボの加熱ヒータ、ガス供給装置、ガス供給管、ガス排気管、圧力調整装置などは省略し、本発明に係るチャンバー40、ルツボ8、材料溶融液50、種結晶65、結晶引き出し棒6などの結晶育成に係る要素のみを示している。
[Description of Configuration of First Embodiment: FIG. 1]
First, FIG. 1 shows an oxide crystal manufacturing apparatus 100 based on a known Czochralski method, and shows a cross-sectional view of a chamber 40 (container part) which is a component thereof. Here, the crystal pulling control device, the crucible heater, the gas supply device, the gas supply pipe, the gas exhaust pipe, the pressure adjusting device, etc., which are other components of the oxide crystal manufacturing apparatus 100, are omitted. Only elements related to crystal growth, such as the chamber 40, the crucible 8, the material melt 50, the seed crystal 65, and the crystal drawing rod 6 according to the present invention are shown.

図1において、チャンバー40は、筒部材1と、筒部材1の上部に固定される蓋部材2と、筒部材1の下部に固定される台座部材3とから構成され、それぞれ耐火物からなる円筒状の密閉容器である。   In FIG. 1, a chamber 40 includes a cylindrical member 1, a lid member 2 fixed to the upper part of the cylindrical member 1, and a base member 3 fixed to the lower part of the cylindrical member 1. It is an airtight container.

次に、チャンバー40を構成する筒部材1は、筒状の形状を有し、内部の空間には、後述する結晶の材料溶融液50を入れたルツボ8を中心部に配置できるようになっていて、ルツボ8の上部近傍に位置する筒部材1の内壁部に、不活性ガスと酸素との混合ガス70を供給する第一のガス供給口11を設け、両側に二箇所配置してある。二つの第一のガス供給口11は、筒部材1の中心軸CL(図1参照)を基準にして点対称となる位置に配設されるのが好ましく、中心軸CLに向けて均一に供給できるようになっている。ここで、第一のガス供給口11の数量をさらに増やして筒部材1の中心軸CLを基準にして円周上に等間隔となる様に配設してもよい。   Next, the cylindrical member 1 constituting the chamber 40 has a cylindrical shape, and a crucible 8 containing a crystal material melt 50 to be described later can be arranged in the center of the inner space. A first gas supply port 11 for supplying a mixed gas 70 of inert gas and oxygen is provided on the inner wall portion of the cylindrical member 1 located in the vicinity of the upper portion of the crucible 8, and two gas supply ports 11 are arranged on both sides. The two first gas supply ports 11 are preferably arranged at positions that are point-symmetric with respect to the central axis CL (see FIG. 1) of the cylindrical member 1, and are uniformly supplied toward the central axis CL. It can be done. Here, the number of the first gas supply ports 11 may be further increased so that the first gas supply ports 11 are arranged at equal intervals on the circumference with respect to the central axis CL of the cylindrical member 1.

次に、チャンバー40を構成する蓋部材2は、円板状の形状を有し、中心部には筒状の凸部20を有している。また、筒状の凸部20の上面部には後述する結晶操作棒6の回転中心(中心軸CL)となる軸穴22が設けられている。また、筒状の凸部20の円筒部には、無酸素の不活性ガス80を供給する第二のガス供給口21が円筒部に対して垂直方向に一箇所設けられている。第二のガス供給口21から無酸素の不活性ガス80が筒状の凸部20の内壁側に供給されると、そこから方向を変えて筒部材1の内部下方に向けて、中心軸CLを基準にして均一に供給されるようになっている。ここで、無酸素の不活性ガス80が中心軸CLを基準にしてルツボ8の方向に向かって、より均一に供給できるようにするために、第二のガス供給口21の位置を上面部に変えてもよいし、筒部材1の内壁部であって、第一のガス供給口11よりも蓋部材2に近い側に設けてもよい。また、供給口の数量を増やしてもよい。   Next, the lid member 2 constituting the chamber 40 has a disc shape, and has a cylindrical convex portion 20 at the center. Further, a shaft hole 22 serving as a rotation center (center axis CL) of the crystal operation rod 6 described later is provided on the upper surface portion of the cylindrical convex portion 20. In addition, a second gas supply port 21 for supplying the oxygen-free inert gas 80 is provided in the cylindrical portion of the cylindrical convex portion 20 in one direction perpendicular to the cylindrical portion. When the oxygen-free inert gas 80 is supplied from the second gas supply port 21 to the inner wall side of the cylindrical projection 20, the direction changes from there and toward the lower inside of the cylindrical member 1, the central axis CL Is supplied uniformly on the basis of the above. Here, in order to supply the oxygen-free inert gas 80 more uniformly in the direction of the crucible 8 with respect to the central axis CL, the position of the second gas supply port 21 is set on the upper surface portion. It may be changed, or may be provided on the inner wall portion of the cylindrical member 1 and closer to the lid member 2 than the first gas supply port 11. Further, the number of supply ports may be increased.

次に、チャンバー40を構成する台座部材3は、円板状の形状を有し、上面側はルツボ
8を配設できるように平坦な領域を有している。また、下面側は周囲に足部30を有し、チャンバー40の安定を図れるようになっている。
台座部材3のルツボ8の外周と筒部材1の内周との間には、排気口31が両側に二箇所設けられていて、排気90(不活性ガスと酸素との混合ガス70及び無酸素の不活性ガス80)が排出できるようになっている。排気口31は、ルツボ8が配置されている位置に対して、第二のガス供給口21(無酸素の不活性ガス80の供給口)が配置される側とは反対側の位置、つまり結晶の引上げ方向に対して反対側となるように配置されている。
ここで、前述した第一のガス供給口11から供給される不活性ガスと酸素との混合ガス70の流れと、第二のガス供給口21から供給される無酸素の不活性ガス80の流れの均一性を向上するために、排気口31の数量を増やしてもよく、また、排気口31の位置を変えてもよい。また、排気口31の位置、数量、穴径は調整可能な構造としてもよい。
Next, the pedestal member 3 constituting the chamber 40 has a disk shape, and the upper surface side has a flat region so that the crucible 8 can be disposed. In addition, the lower surface side has a foot 30 around it so that the chamber 40 can be stabilized.
Two exhaust ports 31 are provided on both sides between the outer periphery of the crucible 8 of the pedestal member 3 and the inner periphery of the cylindrical member 1, and exhaust 90 (a mixed gas 70 of inert gas and oxygen and oxygen-free oxygen). The inert gas 80) can be discharged. The exhaust port 31 is located on the opposite side to the side where the second gas supply port 21 (the supply port of the oxygen-free inert gas 80) is disposed, that is, the crystal, relative to the position where the crucible 8 is disposed. It is arrange | positioned so that it may become the opposite side with respect to the pulling-up direction.
Here, the flow of the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen supplied from the first gas supply port 11 and the flow of the oxygen-free inert gas 80 supplied from the second gas supply port 21 are described above. In order to improve the uniformity, the number of the exhaust ports 31 may be increased, and the position of the exhaust ports 31 may be changed. The position, quantity, and hole diameter of the exhaust port 31 may be adjustable.

次に、単結晶60を引き出すための結晶引き出し棒6及び種結晶65について説明する。結晶引き出し棒6はその先端側(ルツボ8側)に種結晶65を保持する結晶保持部材7を有している。また、結晶引き出し棒6の後端側は、蓋部材2の筒状の凸部20の上部に形成された軸穴22に回転及び上下移動が可能に系合している。また、図示しない回転及び上下移動を行う結晶引き出しの制御装置により、所定条件で回転し、また、所定条件で上下移動ができるようになっている。
種結晶65は、単結晶60と同じ組成のバルク結晶であり、所定の結晶方位に沿って育成するように結晶保持部材7にて保持される。種結晶65の形状は専ら直方体(四角柱)形状であり、所定の面を後述の材料溶融液50に接触させるが、図1に示すように種結晶65を加工し、材料溶融液50に接触する側を先端の尖った形状とすることで、材料溶融液50に接触した時の急激な熱衝撃による転位の発生を抑えることもできる。
Next, the crystal pulling rod 6 and the seed crystal 65 for pulling out the single crystal 60 will be described. The crystal drawing rod 6 has a crystal holding member 7 for holding the seed crystal 65 on the tip side (the crucible 8 side). Further, the rear end side of the crystal pulling bar 6 is coupled to a shaft hole 22 formed in the upper part of the cylindrical convex portion 20 of the lid member 2 so as to be rotatable and vertically movable. In addition, a crystal drawing control device that performs rotation and vertical movement (not shown) can rotate under predetermined conditions and can move up and down under predetermined conditions.
The seed crystal 65 is a bulk crystal having the same composition as that of the single crystal 60 and is held by the crystal holding member 7 so as to grow along a predetermined crystal orientation. The shape of the seed crystal 65 is exclusively a rectangular parallelepiped (square prism) shape, and a predetermined surface is brought into contact with the material melt 50 described later, but the seed crystal 65 is processed and contacted with the material melt 50 as shown in FIG. By making the side to be sharpened into a pointed shape, it is possible to suppress the occurrence of dislocation due to a sudden thermal shock when contacting the material melt 50.

次に、ルツボ8及び材料溶融液50について説明する。ルツボ8は、例えばIr(イリジウム)製の円筒状容器であり、内部に材料溶融液50が充填できるようになっている。また、ルツボ8はその円筒部の中心と前述の結晶引き出し棒6の回転中心が略一致するように配置されている。
材料溶融液50は、ルツボ8の内部に、作製しようとするガレート酸化物結晶の各成分の粉末を所定の組成比率で混合したものを収容して、図示しない加熱ヒータでルツボを加熱することにより、所定の温度で粉末の材料が溶融して作製される。
なお、ルツボ8は、例えば作製しようとする単結晶の大きさなどから計算して材料溶融液50の必要量を決めて、その必要量が充填可能な容積となっている。なお、各材料である酸化物粉末の組成比率、加熱温度などの条件は、育成する結晶によって異なるが、ここでは詳細については説明を省略する。
Next, the crucible 8 and the material melt 50 will be described. The crucible 8 is a cylindrical container made of, for example, Ir (iridium), and can be filled with the material melt 50 therein. The crucible 8 is arranged so that the center of the cylindrical portion thereof substantially coincides with the rotation center of the crystal pulling rod 6 described above.
The material melt 50 contains a mixture of powders of each component of the gallate oxide crystal to be produced in a predetermined composition ratio inside the crucible 8 and heats the crucible with a heater (not shown). The powder material is melted at a predetermined temperature.
Note that the crucible 8 has a volume that can be filled with the required amount of material melt 50 determined by calculating the size of the single crystal to be produced, for example. In addition, although conditions, such as a composition ratio of the oxide powder which is each material, and heating temperature, change with crystals to grow, description is abbreviate | omitted for details here.

以上のような構成において、図示しない圧力供給装置によりガス供給管を通して不活性ガスと酸素との混合ガス70の供給圧力及び無酸素の不活性ガス80の供給圧力をそれぞれ所定値に制御して各供給口から供給する。無酸素の不活性ガス80はチャンバー40の上方から下方に向けて供給され、第一のガス供給口11よりも上方では酸素濃度が極端に少ない雰囲気を形成する。また、無酸素の不活性ガス80は不活性ガスと酸素との混合ガス70と比較して圧力が高いため、不活性ガスと酸素との混合ガス70を押し下げて、第一のガス供給口11よりも上方に拡散することを抑制する。特に、中心軸CLの近傍を流れる無酸素の不活性ガス80によって、不活性ガスと酸素との混合ガス70の供給方向は、中心軸CL付近で、圧力が高い無酸素の不活性ガス80により材料溶融液50の方向へ曲げられる。この結果、不活性ガスと酸素との混合ガス70は材料溶融液50の表面近傍を覆うことができ、Gaの蒸発を防ぎ、ひいては材料融液50の組成比の変動を防止することができる。つまり、チャンバー40内では単結晶の中心軸CLに沿って、酸素濃度差があり、材料溶融液50の近傍では酸素濃度が高く、育成方向に向かって酸素濃度が減少する。
特に、第一のガス供給口11に平行な位置から第二のガス供給口21までの空間は、育成した単結晶を保持するために限りなく無酸素のガス雰囲気であることが好ましく、そうなるように図示しない圧力調整装置を制御するのがよい。
In the above configuration, the supply pressure of the mixed gas 70 of inert gas and oxygen and the supply pressure of the oxygen-free inert gas 80 are controlled to predetermined values through a gas supply pipe by a pressure supply device (not shown). Supply from the supply port. The oxygen-free inert gas 80 is supplied from the upper side to the lower side of the chamber 40, and an atmosphere having an extremely low oxygen concentration is formed above the first gas supply port 11. Further, since the oxygen-free inert gas 80 has a higher pressure than the mixed gas 70 of inert gas and oxygen, the mixed gas 70 of inert gas and oxygen is pushed down, and the first gas supply port 11 is pressed. Is prevented from diffusing upward. In particular, due to the oxygen-free inert gas 80 flowing in the vicinity of the central axis CL, the supply direction of the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen is caused by the oxygen-free inert gas 80 having a high pressure near the central axis CL. It is bent in the direction of the material melt 50. As a result, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen can cover the vicinity of the surface of the material melt 50, thereby preventing Ga evaporation, and thus preventing variation in the composition ratio of the material melt 50. That is, there is a difference in oxygen concentration along the central axis CL of the single crystal in the chamber 40, the oxygen concentration is high in the vicinity of the material melt 50, and the oxygen concentration decreases in the growth direction.
In particular, the space from the position parallel to the first gas supply port 11 to the second gas supply port 21 is preferably an oxygen-free gas atmosphere in order to hold the grown single crystal. Thus, it is preferable to control a pressure adjusting device (not shown).

そして、不活性ガスと酸素との混合ガス70及び無酸素の不活性ガス80は、ルツボ8の外側へ流動し排気90として排気口31から排気される。この排気口31からの排気量は、例えば図示しない真空ポンプなどにより制御され、これによって不活性ガスと酸素との混合ガス70が、第一のガス供給口11よりも上方に拡散することを、より抑制することができる。   The mixed gas 70 of inert gas and oxygen and the oxygen-free inert gas 80 flow to the outside of the crucible 8 and are exhausted from the exhaust port 31 as exhaust 90. The amount of exhaust from the exhaust port 31 is controlled by, for example, a vacuum pump (not shown), whereby the mixed gas 70 of inert gas and oxygen diffuses upward from the first gas supply port 11. It can be suppressed more.

以上のような二つのガスの流動状態を安定的に維持し、種結晶65を保持した結晶引き出し棒6を降下させ、種結晶65を材料溶融液50に浸す。次に、結晶引き出し棒6を所定の回転条件及び所定の引上げ条件により単結晶60を引き出していく。これにより、単結晶60の育成を開始することができる。   The flow state of the two gases as described above is stably maintained, the crystal pulling rod 6 holding the seed crystal 65 is lowered, and the seed crystal 65 is immersed in the material melt 50. Next, the single crystal 60 is pulled out from the crystal drawing rod 6 under a predetermined rotation condition and a predetermined pulling condition. Thereby, the growth of the single crystal 60 can be started.

なお、本発明によるガレート酸化物結晶の製造方法及び製造装置を適用して製造しようとしている主なガレート酸化物単結晶は例えば、LGS(La3Ga5.5Si0.514)、LTG(La3Ga5.5Ta0.514)、LTGA(La3Ga5.5-xTa0.5Alx14(0<x<5.5)である。 The main gallate oxide single crystals to be manufactured by applying the manufacturing method and manufacturing apparatus of gallate oxide crystals according to the present invention are, for example, LGS (La 3 Ga 5.5 Si 0.5 O 14 ), LTG (La 3 Ga). 5.5 Ta 0.5 O 14 ), LTGA (La 3 Ga 5.5-x Ta 0.5 Al x O 14 (0 <x <5.5).

[実施例1の各製造工程における動作の説明:図2]
次に、図2を用いてガレート酸化物結晶の各製造工程における動作について説明する。図2は、単結晶60の製造工程を四つの段階に示し、単結晶60の成長にともない、それぞれ、(a)成長初期段階、(b)成長途中段階、(c)成長終了段階、(d)保持段階として説明する。なお、チャンバー40内におけるガスの流れ(動作)を説明するために、不活性ガスと酸素との混合ガス70を破線の矢印で示し、無酸素の不活性ガス80を実線の矢印で示す。また、不活性ガスと酸素との混合ガス70及び無酸素の不活性ガス80からなる排気90は点線の矢印で示す。
[Description of Operation in Each Manufacturing Process of Example 1: FIG. 2]
Next, the operation | movement in each manufacturing process of a gallate oxide crystal is demonstrated using FIG. FIG. 2 shows the manufacturing process of the single crystal 60 in four stages. As the single crystal 60 is grown, (a) an initial stage of growth, (b) an intermediate stage of growth, (c) an end stage of growth, (d ) It will be described as a holding stage. In order to describe the gas flow (operation) in the chamber 40, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen is indicated by a broken line arrow, and the oxygen-free inert gas 80 is indicated by a solid line arrow. An exhaust gas 90 composed of a mixed gas 70 of inert gas and oxygen and an oxygen-free inert gas 80 is indicated by a dotted arrow.

[成長初期段階:図1及び図2(a)]
まず、図2(a)は単結晶60の引き出しにおける成長初期段階の状態を示し、本実施例の構成を図1で説明したように、種結晶65を保持した結晶引き出し棒6を降下させ、種結晶65を材料溶融液50に浸し、所定の回転条件及び所定の引上げ条件により単結晶60を引き出し、単結晶60が所定の外径になった状態である。このとき、不活性ガスと酸素との混合ガス70は、筒部材1に設けられた第一のガス供給口11(図1)からチャンバーの中心軸CLに向けて均一に供給され単結晶60の上部付近に達する。一方、無酸素の不活性ガス80は蓋部材2に設けられた第二のガス供給口21(図1)から供給され、結晶引き出し棒6(図1)を中心にして下方に向けて均一に供給される。
[Initial growth stage: FIGS. 1 and 2 (a)]
First, FIG. 2 (a) shows the state of the initial stage of growth in pulling out the single crystal 60. As described with reference to FIG. 1, the structure of this embodiment is lowered and the crystal pulling rod 6 holding the seed crystal 65 is lowered. The seed crystal 65 is immersed in the material melt 50, and the single crystal 60 is pulled out under a predetermined rotation condition and a predetermined pulling condition, and the single crystal 60 has a predetermined outer diameter. At this time, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen is uniformly supplied from the first gas supply port 11 (FIG. 1) provided in the cylindrical member 1 toward the central axis CL of the chamber, and the single crystal 60. Reach near the top. On the other hand, the oxygen-free inert gas 80 is supplied from the second gas supply port 21 (FIG. 1) provided in the lid member 2 and is uniformly directed downward with the crystal drawing rod 6 (FIG. 1) as the center. Supplied.

このとき、不活性ガスと酸素との混合ガス70は、不活性ガスと酸素との混合ガス70に対してガスの圧力が高い無酸素の不活性ガス80によって、第一のガス供給口11よりも上方、すなわち第二のガス供給口21の方向に拡散することを抑えられている。特に、ある第一のガス供給口11から供給された不活性ガスと酸素との混合ガス70は、単結晶60の上部付近(中心軸CLの近傍)において、他の第一のガス供給口11から供給された不活性ガスと酸素との混合ガス70や結晶60と衝突をするが、同付近に存在する無酸素の不活性ガス80によって上方への拡散が抑えられているため、材料溶融液50側に押し下げられ、材料溶融液50の液面に供給される。
一方、無酸素の不活性ガス80は単結晶60の上部表面近傍を覆い、その一部は、不活性ガスと酸素との混合ガス70とともに、台座部材3(図1)に設けられた排気口31(図1)より排気90として排気される。
At this time, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen is supplied from the first gas supply port 11 by the oxygen-free inert gas 80 whose gas pressure is higher than that of the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen. Is also prevented from diffusing upward, that is, in the direction of the second gas supply port 21. In particular, the mixed gas 70 of inert gas and oxygen supplied from a certain first gas supply port 11 is near the upper portion of the single crystal 60 (in the vicinity of the central axis CL). The gas melt collides with the mixed gas 70 and the crystal 60 of the inert gas and oxygen supplied from above, but the upward diffusion is suppressed by the oxygen-free inert gas 80 existing in the vicinity thereof, so that the material melt It is pushed down to the 50 side and supplied to the liquid surface of the material melt 50.
On the other hand, the oxygen-free inert gas 80 covers the vicinity of the upper surface of the single crystal 60, and a part of the exhaust gas is provided with the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen and an exhaust port provided in the base member 3 (FIG. 1). 31 (FIG. 1) is exhausted as exhaust 90.

このように、成長初期段階において、ルツボ8に充填された材料溶融液50の液面は、不活性ガスと酸素との混合ガス70に覆われており、Gaの蒸発を防止している。一方、成長初期段階にある単結晶60の上面付近及びそれよりも上方では、無酸素の不活性ガス80に覆われている。つまり、単結晶60の引き出しにおいて、材料溶融液50から単結晶60が成長する領域は不活性ガスと酸素との混合ガス70の雰囲気中にあり、育成された結晶は順次、無酸素の不活性ガス80を主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行できるようになっている。
なお上述したとおり、不活性ガスと酸素との混合ガス70は、材料溶融液50の近傍で無酸素の不活性ガス80と一部混合するので、予め、混合することを見込んでGa成分の蒸発を防止する最適値になるように酸素のモル濃度を設定することが好ましい。所定のガス雰囲気にするための条件を満たすのであれば、第一のガス供給口11からは酸素のみが供給され、第二のガス供給口21から供給された無酸素の不活性ガス80と混合し、材料溶融液50の近傍で所定の酸素モル濃度となるように制御してもよい。
Thus, in the initial stage of growth, the liquid surface of the material melt 50 filled in the crucible 8 is covered with the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen to prevent Ga evaporation. On the other hand, near the upper surface of the single crystal 60 in the initial stage of growth and above it, it is covered with an oxygen-free inert gas 80. That is, in the extraction of the single crystal 60, the region where the single crystal 60 grows from the material melt 50 is in the atmosphere of the mixed gas 70 of inert gas and oxygen, and the grown crystals are successively oxygen-free inert. The gas can be transferred into a gas atmosphere containing the gas 80 as a main component and containing less oxygen.
As described above, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen partially mixes with the oxygen-free inert gas 80 in the vicinity of the material melt 50, so that the Ga component is evaporated in anticipation of mixing in advance. It is preferable to set the molar concentration of oxygen so as to obtain an optimum value for preventing the above. If the conditions for obtaining a predetermined gas atmosphere are satisfied, only oxygen is supplied from the first gas supply port 11 and mixed with the oxygen-free inert gas 80 supplied from the second gas supply port 21. However, it may be controlled so as to have a predetermined oxygen molar concentration in the vicinity of the material melt 50.

[成長途中段階:図2(b)]
次に、図2(b)は単結晶60の引き出しにおける成長途中段階の状態を示し、単結晶60が所定の外径を維持し、成長が進んだ状態である。このとき、不活性ガスと酸素との混合ガス70は前述した段階(a)の状態を維持し、不活性ガスと酸素との混合ガス70は単結晶60の近傍において、無酸素の不活性ガス80により材料溶融液50側に押し下げられ、材料溶融液50の液面に供給される。一方、単結晶60の近傍の無酸素の不活性ガス80は育成した単結晶60の表面を上部から材料溶融液50の液面近傍に向けて覆い、その後、不活性ガスと酸素との混合ガス70とともに、排気口31より排気90として排気される。
これにより、育成した単結晶60は酸素に曝されることが抑制されるため、酸素を起因とする結晶欠陥が起こることを防止することが出来る。
[Growth stage: Fig. 2 (b)]
Next, FIG. 2B shows a state in the middle of growth in the drawing of the single crystal 60, where the single crystal 60 maintains a predetermined outer diameter and the growth has progressed. At this time, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen maintains the state of the step (a) described above, and the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen is an oxygen-free inert gas in the vicinity of the single crystal 60. 80 is pushed down to the material melt 50 side and supplied to the surface of the material melt 50. On the other hand, the oxygen-free inert gas 80 in the vicinity of the single crystal 60 covers the surface of the grown single crystal 60 from above toward the liquid surface of the material melt 50, and then a mixed gas of inert gas and oxygen. 70 is exhausted from the exhaust port 31 as exhaust 90.
Thereby, since the grown single crystal 60 is suppressed from being exposed to oxygen, it is possible to prevent a crystal defect caused by oxygen from occurring.

このように、成長途中段階においても、単結晶60の引き出しにおいて、結晶の材料溶融液50から単結晶60が成長する領域は、不活性ガスと酸素との混合ガス70の雰囲気中にあり、育成された結晶は、順次、無酸素の不活性ガス80を主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行している。   In this way, even in the middle of the growth, the region where the single crystal 60 grows from the crystal material melt 50 in the extraction of the single crystal 60 is in the atmosphere of the mixed gas 70 of inert gas and oxygen, and is grown. The resulting crystals are sequentially transferred into a gas atmosphere containing less oxygen and containing oxygen-free inert gas 80 as a main component.

[成長終了段階:図2(c)]
次に、図2(c)は単結晶60の引き出しにおける成長終了段階の状態を示し、単結晶60が所定の外径から円錐状に細くなり結晶化が終了した状態である。このとき、不活性ガスと酸素との混合ガス70は、前述した段階(b)の状態から材料溶融液50と単結晶60との間にできた空間にまわり込み、材料溶融液50の液面に供給され材料溶融液50の全体を覆うことができる。一方、単結晶60の近傍の無酸素の不活性ガス80は、単結晶60の表面を上部から下部まで覆い、その後、不活性ガスと酸素との混合ガス70とともに、排気口31より排気90として排気される。
ここで、無酸素の不活性ガス80の圧力を高めるなど調節することにより、単結晶60が酸素に曝されることの無い雰囲気を形成することができ、より早く無酸素の不活性ガス80を主成分とする酸素の少ない雰囲気中に移行させることができる。
[Growth termination stage: FIG. 2 (c)]
Next, FIG. 2 (c) shows a state at the end of growth in pulling out the single crystal 60, and is a state in which the single crystal 60 has been thinned in a conical shape from a predetermined outer diameter and crystallization has ended. At this time, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen enters the space formed between the material melt 50 and the single crystal 60 from the state of step (b) described above, and the liquid level of the material melt 50 And the entire material melt 50 can be covered. On the other hand, the oxygen-free inert gas 80 in the vicinity of the single crystal 60 covers the surface of the single crystal 60 from the upper part to the lower part, and then as the exhaust gas 90 from the exhaust port 31 together with the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen. Exhausted.
Here, by adjusting, for example, increasing the pressure of the oxygen-free inert gas 80, an atmosphere in which the single crystal 60 is not exposed to oxygen can be formed. It can be transferred to an atmosphere containing less oxygen as a main component.

このように、成長終了段階においても、単結晶60の引き出し終了後、材料溶融液50の液面は不活性ガスと酸素との混合ガス70の雰囲気中にあり、作製された単結晶60は、ほぼ全体が無酸素の不活性ガス80を主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行している。   Thus, even in the growth end stage, after the drawing of the single crystal 60 is finished, the liquid surface of the material melt 50 is in the atmosphere of the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen. Almost the whole has been transferred to a gas atmosphere containing less oxygen and mainly composed of an oxygen-free inert gas 80.

[保持室に保持する保持段階:図2(d)]
次に、図2(d)は単結晶60を保持する保持段階の状態を示し、単結晶60が所定の形状となり結晶育成が終了し、チャンバー40の上部に保持された状態である。このとき、不活性ガスと酸素との混合ガス70は、前述した(c)段階と同様で、材料溶融液50と単結晶60との間にできた空間にまわり込み、材料溶融液50の液面に供給され全体を覆っている。一方、単結晶60の付近の無酸素の無酸素の不活性ガス80は、単結晶60の表面を上部から下部までの全体を覆い、その後、不活性ガスと酸素との混合ガス70とともに、排気口31より排気90として排気される。
[Holding stage held in holding chamber: FIG. 2 (d)]
Next, FIG. 2 (d) shows a state of a holding stage for holding the single crystal 60, in which the single crystal 60 has a predetermined shape and crystal growth is completed and held in the upper portion of the chamber 40. At this time, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen wraps around the space formed between the material melt 50 and the single crystal 60 in the same manner as in the step (c) described above, and the liquid of the material melt 50 is obtained. It is supplied to the surface and covers the whole. On the other hand, the oxygen-free and oxygen-free inert gas 80 in the vicinity of the single crystal 60 covers the entire surface of the single crystal 60 from the top to the bottom, and then exhausts together with the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen. Exhaust gas 90 is exhausted from the port 31.

ここで、前述の成長終了段階または保持室に保持する保持段階において単結晶60の引き出しが終了した後に、図示しない加熱ヒータによるルツボ8の加熱工程を止め、それによって材料溶融液50からのGaの蒸発量が低下するのに合わせて不活性ガスと酸素との混合ガス70の供給量を減らしていき、最終的には供給を止めることにより、チャンバー40内の全体がより酸素のないガス雰囲気となるのでなおよい。   Here, after the pulling out of the single crystal 60 is completed in the above-described growth end stage or the holding stage held in the holding chamber, the heating process of the crucible 8 by a heater (not shown) is stopped, and thereby the Ga from the material melt 50 is stopped. As the amount of evaporation decreases, the supply amount of the mixed gas 70 of inert gas and oxygen is reduced, and finally, the supply is stopped, so that the entire chamber 40 has a gas atmosphere with less oxygen. It's still better.

このように、保持室に保持する保持段階においては、単結晶60を無酸素の不活性ガス80の雰囲気に全て移行することが完了する。
なお、単結晶60は必要に応じて酸素のない雰囲気下に保持された状態で、冷却または熱処理などの後工程を行っても良い。
As described above, in the holding stage of holding in the holding chamber, the transition of the single crystal 60 to the atmosphere of the oxygen-free inert gas 80 is completed.
Note that the single crystal 60 may be subjected to subsequent steps such as cooling or heat treatment in a state where the single crystal 60 is maintained in an oxygen-free atmosphere as necessary.

[実施例1の効果]
以上説明した本実施例によれば次に示す効果が得られる。
[効果1]
チャンバー40内に、材料溶融液50が配置された近傍に不活性ガスと酸素との混合ガス70を供給する第一のガス供給口11と、材料溶融液50が配置された位置に対して、結晶の引き出し方向に向かって第一のガス供給口11より離れた位置に、無酸素の不活性ガス80を供給する第二のガス供給口21とを設け、また、不活性ガスと酸素との混合ガス70の供給圧力よりも無酸素の不活性ガス80の供給圧力を高くしたことにより、単結晶60の引き出しにおいて、材料溶融液50から単結晶60が成長する領域は不活性ガスと酸素との混合ガス70の雰囲気中で育成し、育成された単結晶60は順次、無酸素の不活性ガス80を主成分とする酸素の少ないガス雰囲気中に移行させることができる。
また、作製された単結晶60は、そのまま無酸素の不活性ガス80の雰囲気中に保持することができるので、結晶の欠陥を抑制し高温環境下でも抵抗率の低下が少ない高品質のガレート酸化物結晶の製造が可能な製造方法及び製造装置を提供できる。
[効果2]
そして、複雑な装置を必要とせず、少なくとも二種類(無酸素の不活性ガスと、酸素を含む不活性ガス)のガスの供給圧力を制御するのみであるので、チャンバー40内に単結晶60の育成条件を満足する雰囲気条件を容易に形成することができ、これを安定的に維持することができる。また、単結晶60に対してガスの置換などの切り替え操作を必要としないので、切り替える前に酸素に曝され続けることで生じる結晶の欠陥を抑制できる。
[Effect of Example 1]
According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
[Effect 1]
In the chamber 40, the first gas supply port 11 for supplying the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen in the vicinity where the material melt 50 is disposed, and the position where the material melt 50 is disposed, A second gas supply port 21 for supplying an oxygen-free inert gas 80 is provided at a position away from the first gas supply port 11 in the crystal drawing direction. Since the supply pressure of the oxygen-free inert gas 80 is higher than the supply pressure of the mixed gas 70, the region where the single crystal 60 grows from the material melt 50 in the extraction of the single crystal 60 is inert gas and oxygen. The single crystals 60 grown in the atmosphere of the mixed gas 70 can be sequentially transferred into a gas atmosphere containing less oxygen and containing oxygen-free inert gas 80 as a main component.
In addition, since the produced single crystal 60 can be maintained as it is in the atmosphere of the oxygen-free inert gas 80, high-quality gallate oxidation is suppressed without causing crystal defects and having little decrease in resistivity even in a high-temperature environment. A manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of manufacturing a physical crystal can be provided.
[Effect 2]
Further, since only a supply pressure of at least two kinds of gases (an oxygen-free inert gas and an oxygen-containing inert gas) is controlled without requiring a complicated device, the single crystal 60 is formed in the chamber 40. Atmospheric conditions that satisfy the growing conditions can be easily formed, and can be stably maintained. Further, since no switching operation such as gas replacement is required for the single crystal 60, it is possible to suppress crystal defects caused by continuing exposure to oxygen before switching.

なお、第一のガス供給口11とルツボ8に収容された材料溶融液50との距離、ルツボ8の直径と深さ、材料溶融液50の体積等はこれに限定されず、作製する単結晶60の直径、長さ、2つのガスの圧力差等に応じて適切に変更してよい。
また、本発明によるガレート酸化物の製造方法及び製造装置を適用して製造し得る他のガレート酸化物結晶は、例えば、酸化ガリウム(Ga23)、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット(Gd3Ga512)、リチウムガレート(LiGaO2)、ネオジムガレート(NdGaO3)、イットリウム・ガリウム・ガーネット(Y3Ga512)などがある。
The distance between the first gas supply port 11 and the material melt 50 accommodated in the crucible 8, the diameter and depth of the crucible 8, the volume of the material melt 50, etc. are not limited to this. The diameter and length of 60 may be appropriately changed according to the pressure difference between the two gases.
Other gallate oxide crystals that can be manufactured by applying the method and apparatus for manufacturing gallate oxide according to the present invention include, for example, gallium oxide (Ga 2 O 3 ), gadolinium gallium garnet (Gd 3 Ga 5). O 12 ), lithium gallate (LiGaO 2 ), neodymium gallate (NdGaO 3 ), yttrium gallium garnet (Y 3 Ga 5 O 12 ), and the like.

以上のように、実施例1では、不活性ガスと酸素との混合ガスと、無酸素の不活性ガスとの圧力制御のみで結晶育成のための雰囲気と、結晶保持のための雰囲気の二つのガス雰
囲気を制御した。
次に、実施例1の構成をさらに改良したものであり、チャンバー内の一部に仕切り部材を設けて二つのガス雰囲気を部分的に物理的に分けた実施例2と、さらに、第一のガス供給口から供給される不活性ガスと酸素との混合ガスを中心軸方向に効率よく導くためのガイド部材を設けた実施例2の変形例との二つの例について、順に説明する。
As described above, in Example 1, the atmosphere for crystal growth and the atmosphere for holding the crystal are only controlled by the pressure control of the mixed gas of the inert gas and oxygen and the oxygen-free inert gas. The gas atmosphere was controlled.
Next, the configuration of Example 1 is further improved. Example 2 in which a partition member is provided in a part of the chamber to partially physically separate two gas atmospheres, and the first Two examples of the modified example of Example 2 provided with a guide member for efficiently guiding the mixed gas of the inert gas and oxygen supplied from the gas supply port in the central axis direction will be described in order.

[実施例2の説明:図3]
はじめに、図3(a)及び図3(b)を用いて実施例2のガレート酸化物結晶の製造装置200の概略構成について説明する。実施例2のガレート酸化物結晶の製造装置200は、前述した実施例1のガレート酸化物結晶の製造装置100に対して、不活性ガスと酸素との混合ガス70と、無酸素の不活性ガス80との分離性向上を目的として、チャンバー40内に仕切り部材4を設ける構成であり、基本的な構成は実施例1と同様であるので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
[Description of Example 2: FIG. 3]
First, a schematic configuration of the gallate oxide crystal manufacturing apparatus 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). The gallate oxide crystal manufacturing apparatus 200 according to the second embodiment is different from the above-described gallate oxide crystal manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment in that a mixed gas 70 of inert gas and oxygen and an oxygen-free inert gas are used. The partition member 4 is provided in the chamber 40 for the purpose of improving the separability from the chamber 80, and the basic configuration is the same as that of the first embodiment. Are partially omitted.

図3(a)は、ガレート酸化物結晶の製造装置200の中心軸CL方向の断面図を示し、図3(b)は、図3(a)の断面を斜め上方向から見た斜視図である。図3(a)において、ガレート酸化物結晶の製造装置200は、前述したガレート酸化物結晶の製造装置100のチャンバー40の内壁に設けられた不活性ガスと酸素との混合ガス70の供給口11の上部近傍に仕切り部材4が設けられている。また、図3(b)において、仕切り部材4は、中央部に円形の開口4aを有し、外形が円形の円板状の部材であることを示している。また、仕切り部材4の外周とチャンバー40を構成する筒部材1の筒状部の内壁とは隙間が無い状態で接合されている。   3A is a cross-sectional view of the gallate oxide crystal manufacturing apparatus 200 in the direction of the central axis CL, and FIG. 3B is a perspective view of the cross section of FIG. is there. In FIG. 3A, a gallate oxide crystal manufacturing apparatus 200 is provided with a supply port 11 for a mixed gas 70 of an inert gas and oxygen provided on the inner wall of a chamber 40 of the gallate oxide crystal manufacturing apparatus 100 described above. A partition member 4 is provided in the vicinity of the upper portion of the. Moreover, in FIG.3 (b), the partition member 4 has the circular opening 4a in the center part, and has shown that the external shape is a circular disk-shaped member. Further, the outer periphery of the partition member 4 and the inner wall of the cylindrical portion of the cylindrical member 1 constituting the chamber 40 are joined with no gap.

図3(a)において、チャンバー40の内部は、仕切り部材4によって、ルツボ8を配置する結晶育成室45と、引き出された結晶を保持する結晶保持室46とに分断されている。また、不活性ガスと酸素との混合ガス70の供給口11は結晶育成室45に配置され、無酸素の不活性ガス80の供給口21は結晶保持室46に配置されている。
また、仕切り部材4の中央部に設けられた円形の開口4aは、ルツボ8内の材料溶融液50から引き出される単結晶60が通過することが可能であり、同時に、第二のガス供給口21から供給される無酸素の不活性ガス80が結晶保持室46側から結晶育成室45側へ流動できるように隙間を有している。
In FIG. 3A, the interior of the chamber 40 is divided by the partition member 4 into a crystal growth chamber 45 in which the crucible 8 is disposed and a crystal holding chamber 46 in which the drawn crystal is held. The supply port 11 for the mixed gas 70 of inert gas and oxygen is disposed in the crystal growth chamber 45, and the supply port 21 for the oxygen-free inert gas 80 is disposed in the crystal holding chamber 46.
The circular opening 4a provided in the central portion of the partition member 4 allows the single crystal 60 drawn from the material melt 50 in the crucible 8 to pass through, and at the same time, the second gas supply port 21. There is a gap so that the oxygen-free inert gas 80 supplied from the gas can flow from the crystal holding chamber 46 side to the crystal growing chamber 45 side.

以上の構造によって、第一のガス供給口11から供給される不活性ガスと酸素との混合ガス70は、仕切り部材4により第二のガス供給口21から供給される無酸素の不活性ガス80と分離されるため、第一のガス供給口11から単結晶60の外周近傍までの区間は二つのガスは混合することがなく流れることができる。そして、単結晶60の近傍において、不活性ガスと酸素との混合ガス70は、無酸素の不活性ガス80によって押し下げられ、材料溶融液50の液面に供給される。これにより、第一のガス供給口11から仕切り部材4の開口4aの区間では、酸素のモル濃度の低下(組成変化)が抑制された不活性ガスと酸素との混合ガス70を材料溶融液50に供給することができる。   With the above structure, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen supplied from the first gas supply port 11 is converted to the oxygen-free inert gas 80 supplied from the second gas supply port 21 by the partition member 4. Therefore, the two gases can flow without mixing in the section from the first gas supply port 11 to the vicinity of the outer periphery of the single crystal 60. In the vicinity of the single crystal 60, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen is pushed down by the oxygen-free inert gas 80 and supplied to the liquid surface of the material melt 50. As a result, in the section from the first gas supply port 11 to the opening 4a of the partition member 4, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen in which the decrease in the molar concentration of oxygen (composition change) is suppressed is reduced to the material melt 50. Can be supplied to.

一方、第二のガス供給口21から供給される無酸素の不活性ガス80は、仕切り部材4により第一のガス供給口11から供給される不活性ガスと酸素との混合ガス70と分離されるため、また、無酸素の不活性ガス80の圧力が不活性ガスと酸素との混合ガス70よりも高いため、結晶保持室46側では混合することがなく流れることができる。また、無酸素の不活性ガス80は結晶育成室45側に入って不活性ガスと酸素との混合ガス70と混合するまでの区間は単結晶60の外周を覆うことができる。これにより、引き出し中の単結晶60は、結晶保持室46側では、無酸素の不活性ガス80(組成変化がない)で覆うことができ、さらに結晶育成室45側では単結晶60の途中までを無酸素の不活性ガス
80で覆うことができる。
On the other hand, the oxygen-free inert gas 80 supplied from the second gas supply port 21 is separated from the inert gas and oxygen mixed gas 70 supplied from the first gas supply port 11 by the partition member 4. Therefore, since the pressure of the oxygen-free inert gas 80 is higher than that of the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen, it can flow without mixing on the crystal holding chamber 46 side. Further, the section from when the oxygen-free inert gas 80 enters the crystal growth chamber 45 side and is mixed with the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen can cover the outer periphery of the single crystal 60. Thereby, the single crystal 60 being drawn can be covered with the oxygen-free inert gas 80 (no composition change) on the crystal holding chamber 46 side, and further up to the middle of the single crystal 60 on the crystal growth chamber 45 side. Can be covered with an oxygen-free inert gas 80.

[実施例2の効果]
以上説明した本発明の実施例2によれば次に示す効果が得られる。
単結晶60の引き出しにおいて、不活性ガスと酸素との混合ガス70と無酸素の不活性ガス80との分離性向上を目的として、チャンバー40内に仕切り部材4を設けることにより、2つのガスが混合することを単結晶60の外周近くまで遅らせることができるので、それぞれのガスの流動途中での組成変化を抑制できる。これにより、結晶の欠陥を抑制し、高温環境下でも抵抗率の低下が少ない高品質のガレート酸化物結晶のより安定した製造が可能な製造方法及び製造装置を提供できる。
[Effect of Example 2]
According to the second embodiment of the present invention described above, the following effects can be obtained.
In the drawing of the single crystal 60, the partition member 4 is provided in the chamber 40 for the purpose of improving the separation between the mixed gas 70 of inert gas and oxygen and the oxygen-free inert gas 80. Since mixing can be delayed to the vicinity of the outer periphery of the single crystal 60, a change in composition during the flow of each gas can be suppressed. Thereby, the manufacturing method and manufacturing apparatus which can suppress the defect of a crystal | crystallization and can perform more stable manufacture of the high quality gallate oxide crystal | crystallization with little fall of a resistivity also in a high temperature environment can be provided.

なお、仕切り部材4と第一のガス供給口11との距離、仕切り部材4の開口4aの大きさ、仕切り部材4と材料溶融液50との距離、ルツボの形状(縁の高さ、直径)等は限定されず、作製する単結晶60の外径、長さ、2つのガスの圧力差と流動状況等に応じて適切に変更してよい。また、2つのガスの流動性と分離性を考慮して、仕切り部材4は、チャンバー40の内壁側から単結晶側に向かって傾斜させてもよく、これにより不活性ガスと酸素との混合ガス70はより材料溶融液50に効率よく供給することができるとともに、育成した単結晶60はさらに早く酸素を含まないガス雰囲気へと移行することができてなお良い。また、仕切り部材4の開口部4aから材料溶融液50に向かって、円筒形の部材を設けても良い。これにより、第一の供給口11から供給された不活性ガスと酸素との混合ガス70は、円筒形の部材によって材料溶融液50に向かって流れるため、無酸素の不活性ガス80とは材料溶融液50の界面近傍で合流するのでより好ましい。   The distance between the partition member 4 and the first gas supply port 11, the size of the opening 4a of the partition member 4, the distance between the partition member 4 and the material melt 50, and the shape of the crucible (edge height, diameter) These are not limited, and may be appropriately changed according to the outer diameter and length of the single crystal 60 to be produced, the pressure difference between the two gases, the flow state, and the like. In consideration of the fluidity and separability of the two gases, the partition member 4 may be inclined from the inner wall side of the chamber 40 toward the single crystal side, whereby a mixed gas of an inert gas and oxygen. 70 can be efficiently supplied to the material melt 50, and the grown single crystal 60 can be transferred to a gas atmosphere containing no oxygen more quickly. Further, a cylindrical member may be provided from the opening 4 a of the partition member 4 toward the material melt 50. Thereby, since the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen supplied from the first supply port 11 flows toward the material melt 50 by the cylindrical member, the oxygen-free inert gas 80 is different from the material. It is more preferable because it merges in the vicinity of the interface of the melt 50.

[実施例2の変形例の説明:図4]
次に、図4(a)及び図4(b)を用いて実施例2の変形例であるガレート酸化物結晶の製造装置300の概略構成について説明する。本実施例のガレート酸化物結晶の製造装置300は、前述したガレート酸化物結晶の製造装置200に対して、不活性ガスと酸素との混合ガス70を効率よく材料溶融液50へと導くことができ、また、排気90との分離性向上を目的として、チャンバー40内に設けられた仕切り部材4の下方に第一のガス供給口11を挟んでガイド部材5を設ける構成であり、基本的な構成は実施例2で先に記述した構成と同様であるので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
[Description of Modified Example of Embodiment 2: FIG. 4]
Next, a schematic configuration of a gallate oxide crystal manufacturing apparatus 300, which is a modification of the second embodiment, will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). The apparatus 300 for producing a gallate oxide crystal according to the present embodiment can efficiently lead a mixed gas 70 of an inert gas and oxygen to the material melt 50 with respect to the apparatus 200 for producing a gallate oxide crystal described above. In addition, for the purpose of improving the separation from the exhaust 90, the guide member 5 is provided below the partition member 4 provided in the chamber 40 with the first gas supply port 11 interposed therebetween. Since the configuration is the same as the configuration described above in the second embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and a part of overlapping description is omitted.

図4(a)は、ガレート酸化物結晶の製造装置300の中心軸CL方向の断面図を示し、図4(b)は、図4(a)の断面を斜め上方向から見た斜視図である。
図4(a)において、ガレート酸化物結晶の製造装置300は、前述したガレート酸化物結晶の製造装置200のチャンバー40の内壁に設けられた仕切り部材4に対して、不活性ガスと酸素との混合ガス70の供給口11を挟んで下方側にガイド部材5が設けられている。また、図4(b)において、ガイド部材5は、仕切り部材4の下方に配置され、中央部に円形の開口5aを有し、外形が円形の円板状の部材であることを示している。
4A is a cross-sectional view of the gallate oxide crystal manufacturing apparatus 300 in the direction of the central axis CL, and FIG. 4B is a perspective view of the cross section of FIG. is there.
In FIG. 4A, the gallate oxide crystal production apparatus 300 is configured to supply an inert gas and oxygen to the partition member 4 provided on the inner wall of the chamber 40 of the gallate oxide crystal production apparatus 200 described above. A guide member 5 is provided on the lower side across the supply port 11 of the mixed gas 70. 4B, the guide member 5 is disposed below the partition member 4, has a circular opening 5a at the center, and indicates that the outer shape is a circular disk-shaped member. .

仕切り部材4とガイド部材5の間に形成された空間には、第一のガス供給口11から供給される不活性ガスと酸素との混合ガス70を導くガス供給路が形成されている。また、ガイド部材5は仕切り部材4と同様の形状(外形形状及び開口部)を有し、筒部材1の筒状部の内壁とガイド部材5の外周は隙間が無い状態で接合されている。これにより、第一のガス供給口11から供給される不活性ガスと酸素との混合ガス70は、第一のガス供給口11から開口部5aまでの区間は第二のガス供給口21から供給される無酸素の不活性ガス80と分離され、さらに、排気90とも分離される。   In the space formed between the partition member 4 and the guide member 5, a gas supply path for guiding a mixed gas 70 of inert gas and oxygen supplied from the first gas supply port 11 is formed. The guide member 5 has the same shape (outer shape and opening) as that of the partition member 4, and the inner wall of the tubular portion of the tubular member 1 and the outer periphery of the guide member 5 are joined with no gap. Thereby, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen supplied from the 1st gas supply port 11 is supplied from the 2nd gas supply port 21 in the area from the 1st gas supply port 11 to the opening part 5a. The oxygen-free inert gas 80 is separated from the exhaust gas 90 and the exhaust gas 90 is further separated.

以上の構造によって、第一のガス供給口11から供給される不活性ガスと酸素との混合
ガス70は、第一のガス供給口11から開口部5aまでの区間は、無酸素の不活性ガス80との混合を抑制することができる。これにより、さらに酸素のモル濃度の低下を抑制した不活性ガスと酸素との混合ガス70を材料溶融液50の液面に供給することができる。
[実施例2の変形例の効果]
以上説明した本発明の実施例2の変形例によれば次に示す効果が得られる。
チャンバー40内に、仕切り部材4の下方に第一のガス供給口11を挟んでガイド部材5を設ける構造により、第一のガスの供給路が形成され、第一のガス供給口11から供給される不活性ガスと酸素との混合ガス70が、すぐに結晶育成室45内に拡散するのを抑えられるため、安定して材料溶融液50にガスを導くことができる。また、無酸素の不活性ガス80との混合が抑制されるので、さらに酸素のモル濃度の低下(組成変化)を抑制した不活性ガスと酸素との混合ガス70を材料溶融液50の液面に供給することができる。これにより、ルツボ8内の材料溶融液50からのGaガスの蒸発を防止する作用が安定し、結晶の欠陥が少なく高温環境下でも抵抗率の低下が少ない高品質のガレート酸化物結晶の製造が可能な製造方法及び製造装置を提供できる。
With the above structure, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen supplied from the first gas supply port 11 is an oxygen-free inert gas in the section from the first gas supply port 11 to the opening 5a. Mixing with 80 can be suppressed. Thereby, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen which suppressed further the fall of the molar concentration of oxygen can be supplied to the liquid level of the material melt 50.
[Effect of Modification of Example 2]
According to the modification of the second embodiment of the present invention described above, the following effects can be obtained.
A first gas supply path is formed in the chamber 40 by a structure in which the guide member 5 is provided below the partition member 4 with the first gas supply port 11 interposed therebetween, and is supplied from the first gas supply port 11. Therefore, it is possible to prevent the mixed gas 70 of inert gas and oxygen from immediately diffusing into the crystal growth chamber 45, so that the gas can be stably guided to the material melt 50. Further, since mixing with the oxygen-free inert gas 80 is suppressed, the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen in which the decrease in the molar concentration of oxygen (composition change) is further suppressed is used as the liquid surface of the material melt 50. Can be supplied to. As a result, the action of preventing the evaporation of Ga gas from the material melt 50 in the crucible 8 is stabilized, and the production of high quality gallate oxide crystals with few crystal defects and little decrease in resistivity even in a high temperature environment is achieved. A possible manufacturing method and manufacturing apparatus can be provided.

なお、図4(a)、(b)においては、仕切り部材4とガイド部材5は略同形状として説明したが、これに限定されず、ガイド部材5の開口5aが仕切り部材4の開口4aよりも大きくてもよい。例えば、ルツボの直径以上、仕切り部材4の開口4a以下のサイズとすれば、不活性ガスと酸素との混合ガス70は開口5aからルツボ方向、つまり材料溶融液50に拡散するためより均一に供給することができ便利である。   4A and 4B, the partition member 4 and the guide member 5 have been described as having substantially the same shape. However, the present invention is not limited to this, and the opening 5a of the guide member 5 is more than the opening 4a of the partition member 4. May be larger. For example, if the size is not less than the diameter of the crucible and not more than the opening 4 a of the partition member 4, the mixed gas 70 of inert gas and oxygen is supplied more uniformly because it diffuses from the opening 5 a in the crucible direction, that is, in the material melt 50. It can be convenient.

また、ガイド部材5と材料溶融液50との距離(供給路の高さ)、開口5aの大きさ等は限定されず、作製する単結晶60の外径、長さ、2つのガスの圧力差と流動状況等に応じて適切に変更してよい。また、2つのガスの流動性と分離性を考慮して、仕切り部材4とガイド部材5により形成されるガス供給路は、チャンバー内壁から単結晶側に向かって傾斜させてもよい。或いは、仕切り部材4とガイド部材5のどちらか一方を傾斜させてもよい。   Further, the distance between the guide member 5 and the material melt 50 (the height of the supply path), the size of the opening 5a, etc. are not limited, and the outer diameter and length of the single crystal 60 to be produced, the pressure difference between the two gases. It may be changed appropriately according to the flow situation. In consideration of fluidity and separation of the two gases, the gas supply path formed by the partition member 4 and the guide member 5 may be inclined from the inner wall of the chamber toward the single crystal side. Alternatively, either the partition member 4 or the guide member 5 may be inclined.

また、仕切り部材4の開口部4aから材料溶融液50に向かって、円筒形の部材を設けても良い。これにより、第一の供給口11から供給された不活性ガスと酸素との混合ガス70は、円筒形の部材によって材料溶融液50に向かって流れるため、無酸素の不活性ガス80とは材料溶融液50の界面近傍で合流するのでより好ましい。   Further, a cylindrical member may be provided from the opening 4 a of the partition member 4 toward the material melt 50. Thereby, since the mixed gas 70 of the inert gas and oxygen supplied from the first supply port 11 flows toward the material melt 50 by the cylindrical member, the oxygen-free inert gas 80 is different from the material. It is more preferable because it merges in the vicinity of the interface of the melt 50.

以上、各実施例で説明したように、ガレート酸化物結晶の作製において、結晶材料の溶融液から単結晶が成長する領域は不活性ガスと酸素との混合ガスの雰囲気中で材料溶融液から単結晶を育成し、育成された単結晶は順次、無酸素の不活性ガスの雰囲気中に移行されて保持するというガレート酸化物結晶の製造方法及び製造装置を提供できる。   As described above in each example, in the production of a gallate oxide crystal, a region where a single crystal grows from a melt of a crystal material is obtained from a material melt in an atmosphere of a mixed gas of an inert gas and oxygen. It is possible to provide a method and an apparatus for producing a gallate oxide crystal in which crystals are grown and the grown single crystals are sequentially transferred and held in an oxygen-free inert gas atmosphere.

1 筒部材
2 蓋部材
3 台座部材
4 仕切り部材
5 ガイド部材
6 結晶引き出し棒
7 結晶保持部材
8 ルツボ
11 第一のガス供給口(不活性ガスと酸素との混合ガスの供給口)
21 第二のガス供給口(無酸素の不活性ガスの供給口)
31 排気口
40 チャンバー
45 結晶育成室
46 結晶保持室
50 材料溶融液(結晶材料の溶融液、溶融液)
60 単結晶(ガレート酸化物結晶、結晶)
65 種結晶
70 不活性ガスと酸素との混合ガス
80 無酸素の不活性ガス
90 排気
100、200、300 ガレート酸化物結晶の結晶製造装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylindrical member 2 Lid member 3 Base member 4 Partition member 5 Guide member 6 Crystal drawing rod 7 Crystal holding member 8 Crucible 11 1st gas supply port (supply port of mixed gas of an inert gas and oxygen)
21 Second gas supply port (oxygen-free inert gas supply port)
31 Exhaust port 40 Chamber 45 Crystal growth chamber 46 Crystal holding chamber 50 Material melt (melt of crystal material, melt)
60 Single crystal (gallate oxide crystal, crystal)
65 Seed crystal 70 Mixed gas of inert gas and oxygen 80 Oxygen-free inert gas 90 Exhaust gas 100, 200, 300 Crystal production apparatus for gallate oxide crystal

Claims (7)

チャンバー内にガレート酸化物結晶の材料が充填されたルツボを配置し、
前記ルツボを加熱して前記材料を溶融した溶融液からの引き出しによって、ガレート酸化物結晶を育成するガレート酸化物結晶の製造方法において、
前記溶融液の近傍に、不活性ガスと酸素との混合ガスを供給し、
前記溶融液に対して、前記混合ガスの供給位置より離れた位置から、無酸素の不活性ガスを供給し、
前記無酸素の不活性ガスの供給圧力を前記混合ガスの供給圧力よりも高い圧力とし、
前記無酸素の不活性ガスによって前記混合ガスを前記溶融液側に押し下げることにより前記溶融液面を前記混合ガスで覆い、前記引き出しを行うことを特徴とするガレート酸化物結晶の製造方法。
Place a crucible filled with gallate oxide crystal material in the chamber,
In the method for producing a gallate oxide crystal, the gallate oxide crystal is grown by heating the crucible and drawing it from a melt obtained by melting the material.
In the vicinity of the melt, a mixed gas of an inert gas and oxygen is supplied,
An oxygen-free inert gas is supplied to the melt from a position away from the supply position of the mixed gas,
The supply pressure of the oxygen-free inert gas is higher than the supply pressure of the mixed gas,
A method for producing a gallate oxide crystal, wherein the molten gas surface is covered with the mixed gas by pushing down the mixed gas to the molten liquid side with the oxygen-free inert gas, and the drawing is performed.
前記ルツボが配置されている位置に対して、前記無酸素の不活性ガスを供給する供給位置とは反対となる側から、前記チャンバー内のガスを排気することを特徴とする請求項1に記載のガレート酸化物結晶の製造方法。 Relative position where the crucible is disposed, from the opposite side to the supply position for supplying the inert gas in the oxygen-free, according to claim 1, characterized in that the exhaust gas in the chamber A method for producing a gallate oxide crystal. ガレート酸化物結晶の材料が溶融した溶融液からの引き出しにより、ガレート酸化物結晶を製造する結晶製造装置において、
チャンバー内に、前記溶融液が配置された近傍に不活性ガスと酸素との混合ガスを供給する第一のガス供給口と、
前記溶融液が配置された位置に対して、前記第一のガス供給口より離れた位置に、無酸素の不活性ガスを供給する第二のガス供給口とを備え
前記無酸素の不活性ガスの供給圧力は、前記混合ガスより高い圧力に設定可能であり、
前記無酸素の不活性ガスによって前記混合ガスを前記溶融液側に押し下げることにより前記溶融液面を前記混合ガスで覆うことを特徴とするガレート酸化物結晶の結晶製造装置。
In a crystal production apparatus for producing a gallate oxide crystal by drawing from a melt in which the material of the gallate oxide crystal is melted,
A first gas supply port for supplying a mixed gas of an inert gas and oxygen in the vicinity of the melt disposed in the chamber;
Relative position where the melt is disposed, at a position apart from the first gas supply port, and a second gas supply port for supplying the oxygen-free inert gas,
The supply pressure of the oxygen-free inert gas can be set higher than the mixed gas,
An apparatus for producing a crystal of a gallate oxide crystal, wherein the molten liquid surface is covered with the mixed gas by pushing the mixed gas down to the molten liquid side with the oxygen-free inert gas .
前記溶融液が配置された位置に対して、前記第二のガス供給口とは反対となる側に、前記チャンバー内から排気する排気口を備えることを特徴とする請求項に記載のガレート酸化物結晶の結晶製造装置。 The gallate oxidation according to claim 3 , further comprising an exhaust port for exhausting from the inside of the chamber on a side opposite to the second gas supply port with respect to a position where the melt is disposed. Crystal manufacturing equipment for physical crystals. 前記チャンバーは、前記溶融液を配置する結晶育成室と、結晶保持室とに空間を分断するとともに、前記結晶育成室と前記結晶保持室との間には、前記結晶育成室から引き出した結晶が、前記結晶保持室に通過可能な開口が設けられている仕切り部材を有し、
前記第一のガス供給口は、前記結晶育成室に設けられ、前記第二のガス供給口は、前記結晶保持室に設けられていることを特徴とする請求項又はに記載のガレート酸化物結晶の結晶製造装置。
The chamber divides the space into a crystal growth chamber in which the melt is disposed and a crystal holding chamber, and a crystal drawn from the crystal growth chamber is between the crystal growth chamber and the crystal holding chamber. A partition member provided with an opening that can pass through the crystal holding chamber,
The first gas supply port is provided in said crystal growth chamber, the second gas supply port gallate oxide according to claim 3 or 4, characterized in that provided in the crystal holding chamber Crystal manufacturing equipment for physical crystals.
前記結晶育成室の前記チャンバー内壁に、前記第一のガス供給口が設けられていることを特徴とする請求項に記載のガレート酸化物結晶の結晶製造装置。 The apparatus for producing a gallate oxide crystal according to claim 5 , wherein the first gas supply port is provided in an inner wall of the crystal growth chamber. 前記結晶育成室は、引き出した前記結晶が通過可能な開口が設けられたガイド部材を有し、
前記仕切り部材と前記ガイド部材とで囲まれた空間の前記チャンバー内壁に前記第一のガス供給口が設けられ、前記溶融液に前記混合ガスを導くガス供給路を有することを特徴とする請求項に記載のガレート酸化物結晶の結晶製造装置。
The crystal growth chamber has a guide member provided with an opening through which the drawn crystal can pass,
The first gas supply port is provided on the inner wall of the chamber in a space surrounded by the partition member and the guide member, and has a gas supply path that guides the mixed gas to the melt. 6. A crystal production apparatus for gallate oxide crystals according to 6 .
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